Usinage à grande vitesse

1 - Généralités

• 1.1 - Vers l’usinage à grande vitesse
  Figure 1 - Évolution du temps d’usinage au cours du siècle (base 100 en 1900)
• 1.2 - Évolution de l’usinage
• 1.3 - Définitions
  Figure 2 - Vitesses de coupe selon les matériaux usinés
• 1.4 - Techniques concernées
• 1.5 - Matériaux usinés

2 - État de la technique

• 2.1 - Fraisage des métaux tendres
  Figure 3 - Essais de mesure d’efforts sur machine UGV (photo ENSAM) Figure 4 - Axes et référentiel mesure d’efforts : travail en avalant et opposition (doc. ENSAM) Figure 5 - Fraise HSC TIZIT Δ 25 Figure 6 - Évolution des efforts moyens avec l’engagement radial (TOOL, ENSAM) Figure 7 - Énergie spécifique de coupe en fonction de la vitesse de coupe Figure 8 - Énergie spécifique de coupe en fonction de l’épaisseur de copeau Figure 9 - Volume spécifique de copeaux en fonction de l’angle de coupe orthogonal de l’outil, dans Fraisage à grande vitesse des matériaux métalliques du professeur Schulz Figure 10 - 1re opération. Usinage de la face extérieure d’une pièce aéronautique Figure 11 - 2e opération. Après retournement, usinage de l’intérieur en l’air d’une pièce aéronautique
• 2.2 - Fraisage des fontes
  Figure 12 - Usinage d’un panneau sur machine 5 axes (photo MODIG) Figure 13 - Variation de l’énergie spécifique de coupe avec la vitesse de coupe Figure 14 - Variation de l’énergie spécifique de coupe avec l’avance à la dent Figure 15 - Graphe comparatif des efforts moyens mesurés selon la direction d’avance Figure 16 - Graphe comparatif des efforts moyens mesurés selon la direction perpendiculaire à l’avance Figure 17 - Évolution de l’énergie spécifique de coupe en fonction de la vitesse de coupe Figure 18 - Évolution de l’usure en dépouille de la dent racleuse Figure 19 - Évolution du critère d’ondulation W (2e ordre) Figure 20 - Évolution de la planéité de la face culasse du bloc-cylindre
• 2.3 - Usinage des formes complexes : application aux outillages
  Figure 21 - Ébauche d’un poinçon (doc. CETIM) Figure 22 - Finition d’une matrice (doc. CETIM)
• 2.4 - Usinage des matériaux durs
  Tableau 1
• 2.5 - Usinage des matériaux bases nickel et titane
  Figure 23 - Recherche du V6M sur trois aciers
• 2.6 - Les opérations axiales
• 2.7 - UGV et grande série
  Figure 24 - Centre d’usinage URANE 20 (doc. Renault Automation) Figure 25 - Centre d’usinage METEOR 5 (doc. PCI-SCEMM) Figure 26 - Poutres paliers sur centre URANE (doc. Renault Automation)

3 - Éléments du système

• 3.1 - Broche
  Figure 27 - Broche à roulements hybrides (doc. Fischer) Figure 28 - Broche à paliers magnétiques Figure 29 - Broche hydrostatique hydrodynamique (doc. Ingersoll) Figure 30 - Asservissement numérique pour le pilotage des axes machines
• 3.2 - Moteurs d’axes et leurs asservissements
  Figure 31 - Schéma d’un moteur linéaire
• 3.3 - Commande numérique
• 3.4 - Outils
  Figure 32 - Classification des matériaux à outil (doc. TOOL)
• 3.5 - Porte-outils ; les attachements
  Figure 33 - Norme HSK. Définition Figure 34 - Attachement HSK, liaison porte-outil/broche Figure 35 - Système « CAPTO » (doc. Sandvik) Figure 36 - Mandrin à serrage hydraulique (doc. Kelch) Figure 37 - Courbe de frettage Figure 38 - Machine de frettage (doc. Kelch) Figure 39 - Niveau de qualité de l’équilibrage (ISO 1940) Figure 40 - Système de micropulvérisation (doc. Guhring) Tableau 2
• 3.6 - Lubrification. Évacuation des copeaux
• 3.7 - Trajectoire d’outil : CFAO adaptée
  Figure 41 - Ébauche par niveau (ou offset) Figure 42 - Fraisage à niveaux constants selon l’axe Z Figure 43 - Engagement d’outil Figure 44 - Mode « rase-mottes » Figure 45 - Contrôle des collisions (doc. Delcam) Figure 46 - Gains liés à la CFAO et à l’UTGV (doc. Schulz)
• 3.8 - Optimisation de l’opération
  Figure 47 - Couple outil/matière UGV (doc. TOOL/ELPS) Figure 48 - Finition d’un raidisseur d’épaisseur 0,1 mm et de 25 mm d’élancement Figure 49 - Comparaison d’énergie d’usinage de matériaux différents (Doc. WZL Darmstadt) Figure 50 - Énergie cinétique de translation d’un insert de masse 10 g pour un outil de diamètre 63 mm (Doc. WZL Darmstadt)
• 3.9 - Sécurité

4 - Recherche et développement

• 4.1 - Commande d’axes
  Figure 51 - Principe de fonctionnement d’un axe numérique (doc. ENSAM L2EP) Figure 52 - Chaîne cinématique. Modélisation mécanique (doc. ENSAM L2EP) Figure 53 - Prédiction des limites de stabilité d’un point de vue analytique et multifréquenciel par Smith et Tlusty (1990)
• 4.2 - Dynamique de broche. Cas du fraisage
  Figure 54 - Modélisation à deux degrés de liberté du fraisage en roulant (doc. Altintas)
• 4.3 - Modélisation de la coupe
  Figure 55 - Thermique de coupe (simulation) (doc. ENSAM)
• 4.4 - CFAO surfacique
  Figure 56 - Usinage avec dépinçage sur machine 5 axes (doc. ENSAM) Figure 57 - Vérification de trajectoires 5 axes (doc. LURPA-ENS Cachan)
• 4.5 - Grandes vitesses de broche en fraisage
• 4.6 - Grandes vitesses de broche en tournage
• 4.7 - Effets des grandes vitesses de coupe sur les caractéristiques microgéométriques de surface
• 4.8 - Rectification à grande vitesse
• 4.9 - Caractéristiques de la matière usinée

5 - Conclusions